realimentacion trabajo
DESCRIPTION
Realimentación en el área de controlTRANSCRIPT
1
TRABAJO DE INVESTIGACION 3:
REALIMENTACION
EQUIPO:
Becerra García Ángel David
Duran Estrada Fernando
Navarro Alexander Campos Rafael Alberto
FECHA: 08 de Marzo de 2016
EQUIPO: 10
GRUPO: 2603
2
INDICE
TEMA
PAGINA
DEFINICIÓN … … … … … . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
CLASIFICACIÓN… … … … . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
VENTAJAS Y DESVENTAJAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
EXPRESIONES MATEMATICAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
CONCLUSIONES… … … … … … . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
BIBLIOGRAFÍA … … … … … … . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
3
DEFINICIÓN
La realimentación también referida de forma común como retroalimentación es un
mecanismo por el cual una cierta proporción de la salida de un sistema se redirige a la
entrada, con objeto de controlar su comportamiento.
Es una herramienta efectiva para aprender como los demás perciben mis acciones, mis
palabras, mis trabajos y hacer conocer a los demás como yo percibo los suyos
Los ejemplos de la realimentación se pueden encontrar en la mayoría de
los sistemas complejos, tales como ingeniería, arquitectura, economía, y biología y tiene
su base en el proceso administrativo donde, el control es una etapa cualitativa y
cuantitativa, que sirve de base para la fase de planeación. Arturo Rosenblueth,
investigador mexicano y médico en cuya obra Behavior, Purpose and Teleology
("comportamiento, propósito y teleología"), de acuerdo con Norbert Wiener, fijó las bases
para la nueva ciencia de la cibernética y propuso que el comportamiento controlado por
la realimentación negativa, aplicada a un animal, al ser humano o a las máquinas era un
principio determinante y directivo, en la naturaleza o en las creaciones humanas.
CONTROL DE RETROALIMENTACIÓN
Este tipo de control se enfoca sobre el uso de la información de los resultados anteriores
para corregir posibles desviaciones futuras de estándar aceptable
La realimentación es la clave para modificar el comportamiento del sistema. Un sistema
realimentado es un sistema que usa una medida de la salida, la compara con la salida
deseada paya obtener el comportamiento deseado
4
Ejemplo de retroalimentación
Otros ejemplos de retroalimentación
Sistemas biológicos
o Regulación psicológica (homeostasis)
o Redes de regulación biomolecular
Sistemas medioambientales
o Ecosistemas
o Ciclo del carbón
Sistemas Financieros
o Bolsa
o Cadenas de suministro
CLASIFICACION
Realimentación positiva: cuando sale del sistema. La cual tiende a aumentar la señal de
salida, o actividad. Ej.: jugando al truco, uno mezcla y luego otro corta, sabe lo que tienen
que hacer, si no lo hace, está saliendo del sistema, lo está cortando. Es cuando la norma
se muestra ineficaz y hay que cambiarla.
Es un mecanismo de realimentación por el cual una variación en la salida produce un
efecto dentro del sistema, que refuerza esa tasa de cambio. Por lo general esto hace que
el sistema no llegue a un punto de equilibrio sino más bien a uno de saturación. Es
un estímulo constante. Por ejemplos, son casos de realimentación positiva:
1-En un sistema electrónico. Los dispositivos semiconductores conducen mejor la
corriente cuanto mayor sea su temperatura. Si éstos se calientan en exceso, conducirán
mejor, por lo que la corriente que los atraviese será mayor porque se seguirán calentando
hasta su destrucción si no se evita con algún otro dispositivo que límite o impida el paso
de corriente.
5
Si intercambiamos conectándose una caldera de calefacción a un sistema preparado
para aire acondicionado (frío), cuando la temperatura suba, el sistema intentará bajarla
(se activará) a fin de llegar a la temperatura de consigna, que es más baja, pero
encenderá la caldera en lugar del aire acondicionado, por lo que la temperatura subirá
aún más en vez de estabilizarse, lo que volverá a provocar que la caldera siga
funcionando cada vez con más fuerza.
Realimentación negativa: es la que mantiene el sistema funcionando. Devuelve
al emisor toda la información que necesita para corregir la pauta de entrada. Mantiene el
sistema estable y que siga funcionando.
Es la más utilizada en sistemas de control Se dice que un sistema está realimentado
negativamente cuando tiende a estabilizarse, es decir cuando nos vamos acercando a la
orden de consigna hasta llegar a ella. Por ejemplos, son casos de realimentación
negativa:
1.-Un automóvil conducido por una persona en principio es un sistema realimentado
negativamente; ya que si la velocidad excede la deseada, como por ejemplo en una
bajada, se reduce la presiónsobre el pedal, y si es inferior a ella, como por ejemplo en una
subida, aumenta la presión, aumentando por lo tanto la velocidad del automóvil.
2.-Un sistema de calefacción está realimentado negativamente, ya que si
la temperatura excede la deseada la calefacción se apagará o bajará de potencia,
mientras que si no la alcanza aumentará de fuerza o seguirá funcionando.
6
Realimentación bipolar: La cual puede aumentar o disminuir la señal o actividad de
salida. La realimentación bipolar está presente en muchos sistemas naturales y humanos.
De hecho generalmente la realimentación es bipolar, es decir, positiva y negativa según
las condiciones medioambientales, que, por su diversidad, producen respuestas
sinérgicas y antagónicas como respuesta adaptativa de cualquier sistema.
Otras clasificaciones de realimentación
La salida de nuestro circuito puede ser una tensión o una intensidad e introducirla en la
entrada en serie o en paralelo, de ahí los cuatro tipos de realimentación: tensión en serie,
tensión en paralelo, intensidad en serie intensidad en paralelo. A continuación sus
esquemas
7
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Dentro de los aspectos principales de la retroalimentación podemos encontrar que es una
medida necesaria para automatizar los sistemas de control, ya que estos realizan una
acción dada una respuesta hasta conseguir el resultado deseado, dentro de esto se
encuentran varios aspectos que pueden a final de cuentas ser perjudiciales, además de los
benéficos por los cuales fueron creados.
Para esto mismo surge la realimentación negativa que caracteriza la homeostasis y
desempeña un papel importante en conseguir y mantener la estabilidad de las relaciones,
contrario a su nombre es benéfica para el correcto funcionamiento y la realimentación
positiva que conduce al cambio, es decir, la pérdida de estabilidad o equilibrio pudiendo
hacer que el sistema falle.
Realimentación negativa.
Es la más utilizada en sistemas de control. es un tipo de realimentación en el cual el sistema
responde en una dirección opuesta a la señal.1 El mecanismo consiste en retroactuar sobre
alguna entrada del sistema una acción (fuerza, voltaje, etc.) proporcional a la salida o
resultado del sistema, de forma que se invierte la dirección del cambio de la salida. Esto
tiende a estabilizar la salida, procurando que se mantenga en condiciones constantes. Esto
da lugar a menudo a equilibrios (en sistemas físicos) o a homeostasis (en sistemas
biológicos) en los cuales el sistema tiende a volver a su punto de inicio automáticamente.
Normalmente se suele describir esta acción como que "algo inhibe la cadena de formación
anterior para estabilizar algún compuesto cuyo nivel se ha elevado más de lo necesario".
En cambio, la realimentación positiva es una realimentación en la cual el sistema responde
en la misma dirección que la perturbación, dando por resultado la amplificación de la señal
original en vez de estabilizar la señal. La realimentación positiva y negativa requieren de un
bucle de retorno, en comparación con el feed-forward, que no utiliza un bucle de
retroalimentación para el control del sistema.
8
Ejemplos del uso de la realimentación negativa para controlar sistemas son: control de
temperatura mediante termostato, lazos de seguimiento de fase, la regulación hormonal o
la regulación de temperatura en animales de sangre caliente. Se dice que un sistema está
realimentado negativamente cuando tiende a estabilizarse, es decir cuando nos vamos
acercando a la orden de consigna hasta llegar a ella. Por ejemplos, son casos de
realimentación negativa:
Un automóvil conducido por una persona en principio es un sistema realimentado
negativamente; ya que si la velocidad excede la deseada, como por ejemplo en una bajada,
se reduce la presión sobre el pedal, y si es inferior a ella, como por ejemplo en una subida,
aumenta la presión, aumentando por lo tanto la velocidad del automóvil.
Un sistema de calefacción está realimentado negativamente, ya que si la temperatura
excede la deseada la calefacción se apagará o bajará de potencia, mientras que si no la
alcanza aumentará de fuerza o seguirá funcionando.
Realimentación positiva.
La realimentación positiva es uno de los mecanismos de realimentación por el cual los
efectos o salidas de un sistema causan efectos acumulativos a la entrada, en contraste con
la realimentación negativa donde la salida causa efectos sustractivos a la entrada. Contrario
a lo que se puede creer, la realimentación positiva, no siempre es deseable, ya que el
adjetivo positivo, se refiere al mecanismo de funcionamiento, no al resultado. En los
sistemas la realimentación es la que define el equilibrio que pueden darse. Por ejemplo con
la realimentación positiva, difícilmente se logran puntos de equilibrio estable. Es posible
identificar la realimentación positiva en sistemas de la naturaleza como el clima, la biosfera,
como también en sistemas creados por la humanidad como la economía, la sociedad y los
circuitos electrónicos.
Es un mecanismo de realimentación por el cual una variación en la salida produce un efecto
dentro del sistema, que refuerza esa tasa de cambio. Por lo general esto hace que el
sistema no llegue a un punto de equilibrio sino más bien a uno de saturación. Es un estímulo
constante. Por ejemplos, son casos de realimentación positiva:
En un sistema electrónico. Los dispositivos semiconductores conducen mejor la corriente
cuanto mayor sea su temperatura. Si éstos se calientan en exceso, conducirán mejor, por
lo que la corriente que los atraviese será mayor porque se seguirán calentando hasta su
destrucción si no se evita con algún otro dispositivo que límite o impida el paso de corriente.
Si intercambiamos conectándose una caldera de calefacción a un sistema preparado para
aire acondicionado (frío), cuando la temperatura suba, el sistema intentará bajarla (se
activará) a fin de llegar a la temperatura de consigna, que es más baja, pero encenderá la
caldera en lugar del aire acondicionado, por lo que la temperatura subirá aún más en vez
de estabilizarse, lo que volverá a provocar que la caldera siga funcionando cada vez con
más fuerza.
9
EXPRESIONES MATEMÁTICAS
Se considera el sistema realimentado con una configuración sencilla
Mediante manipulación algebraica simple, es fácil mostrar la relación entrada-salida del
sistema, la misma es:
e=r-b (1)
b= y*H (2)
y= e*G (3)
Despejando de la Ec. (3) la señal de error y reemplazando la ecuación resultante en la Ec
(2), luego si reemplazamos la Ec. (2) y (3) en la Ec. (1) obtenemos una ecuación solo en
función de las variables de entrada y salida del sistema:
𝒚
𝑮= 𝒓 − 𝒚 ∗ 𝑯 (4)
Agrupando en un solo término la variable y, y sacando factor común obtenemos:
𝒚 (𝟏+𝑮𝑯
𝑮) = 𝒓 (5)
Colocando la ecuación anterior en una forma convenientemente de manera que exprese
la relación de la variable de salida sobre la variable de entrada, se obtiene:
𝑴 =𝒚
𝒓=
𝑮
𝟏+𝑮𝑯 (6)
Análisis de algunos efectos significativos de la realimentación:
Efecto de la realimentación en la ganancia global: Como se observa en la Ec. (6) la
realimentación afecta la ganancia G de un sistema no realimentado por un factor de
1/(1+GH). El efecto general de la realimentación es que puede aumentar o disminuir la
ganancia G.
10
Como G y H son funciones de la frecuencia, la magnitud de (1+G.H) puede ser mayor que
uno en un intervalo de frecuencia o menor que uno en otro. En consecuencia: Conclusión:
La realimentación puede incrementar la ganancia del sistema en un intervalo de
frecuencia, pero reducirlas en otro.
Efecto de la realimentación en la estabilidad: La estabilidad es una característica que
describe si un sistema es capaz de seguir el comando de entrada, o en general si dicho
sistema es útil. Un sistema se dice estable, si al verse sometido a una excitación,
responde sin que su salida diverja sin límites de su entrada. Por el contrario, un sistema
es inestable si su salida sale fuera de control y nunca llega a un valor útil de estado
estacionario en un tiempo razonable. La realimentación es un arma de doble filo, cuando
no se usa adecuadamente puede ocasionar serios problemas: Por ejemplo, si
observamos el denominador de la Ec. (6), si GH = -1, la salida del sistema es infinita para
cualquier entrada finita y el sistema se dice inestable. Por lo tanto la realimentación puede
ocasionar que un sistema que es originalmente estable, se convierta en inestable, o
viceversa, siempre y cuando se realice la manipulación correcta de la misma. Conclusión:
La realimentación puede mejorar la estabilidad o ser perjudicial para la misma.
Efecto de la realimentación en la sensibilidad: Las consideraciones sobre sensibilidad son
importantes en el diseño de sistemas de control. Ya que todos los elementos físicos
tienen propiedades que cambian con el tiempo y con las condiciones ambientales, no se
pueden considerar a los parámetros de un sistema de control como completamente
estacionarios durante la vida de operación del sistema. Un sistema de control robusto, es
un sistema que es insensible a las variaciones de los parámetros. En general, un buen
sistema de control debe ser robusto, es decir insensible a la variación de los parámetros,
pero sensible a los comandos de la entrada. Se mostrará, qué efectos tiene la
realimentación sobre la sensibilidad a la variación de los parámetros. Consideramos a G
como la ganancia de los parámetros, la cual puede variar. La sensibilidad de la ganancia
del sistema total, M, con respecto a la variación de G se define como:
𝑺𝑮𝑴
𝝏𝑴/𝑴
𝝏𝑮/𝑮=
𝑷𝒐𝒓𝒄𝒆𝒏𝒕𝒂𝒋𝒆 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒎𝒃𝒊𝒐 𝒆𝒏 𝑴
𝑷𝒐𝒓𝒄𝒆𝒏𝒕𝒂𝒋𝒆 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒎𝒃𝒊𝒐 𝒆𝒏 𝑮
En donde ∂M denota el cambio incremental en M debido al cambio incremental en G, ∂G .
Utilizando la Ec (6), la función sensibilidad se escribe de la siguiente manera:
𝑺𝑮𝑴 𝝏𝑴
𝝏𝑮
𝑮
𝑴=
𝟏
𝟏+𝑮𝑯 (7)
La relación muestra que si GH es una constante positiva, la magnitud de la función de
sensibilidad se puede disminuir incrementando GH, mientras el sistema permanezca
estable. Pero como la magnitud de 1+ GH es función de la frecuencia, podría ser menor
que uno para algunas frecuencias, por lo tanto en algunos casos, la realimentación puede
aumentar la sensibilidad del sistema. Conclusión: La realimentación puede incrementar o
reducir la sensibilidad de un sistema.
11
Efecto de la realimentación sobre perturbaciones externas o ruido: Todos los sistemas
físicos están sujetos a algunos tipos de señales exógenas o ruido durante su operación.
Ejemplos de estas señales son el voltaje de ruido térmico en circuitos electró- nicos y el
ruido de conmutación en motores eléctricos. Por lo tanto, en el diseño de sistemas de
control, se deben dar consideraciones para que el sistema sea insensible al ruido y
perturbaciones externas y sensibles a los comandos de entrada. El efecto de la
realimentación sobre el ruido y perturbaciones depende grandemente de en qué parte del
sistema ocurren las señales exógenas. No se pueden obtener conclusiones generales,
pero en muchas situaciones, la realimentación puede reducir los efectos del ruido y las
perturbaciones en el desempeño del sistema. En referencia al sistema de la Fig. 13, en la
que r denota la señal de comando y p es la señal de ruido, en ausencia de realimentación,
H = 0 , la salida y debida a p actuando sola es:
𝒚 = 𝑮𝟐𝒑 (8)
Con la presencia de realimentación, la salida del sistema debido a p actuando sola es:
𝒚 =𝑮𝟐
𝟏+𝑮𝟏𝑮𝟐𝑯𝒑 (9)
Al comparar la ecuación (9) con la (8) se observa que la componente de ruido en la salida
de la ecuación (9) se reduce por el factor 1 2 1+ GG H siempre y cuando, éste último sea
mayor que la unidad y el sistema permanezca estable. Conclusión: La realimentación
puede reducir el efecto del ruido.
En general la realimentación también tiene efectos sobre el ancho de banda, la
impedancia, la respuesta transitoria y la respuesta en frecuencia.
12
CONCLUSIONES
La realimentación es una herramienta que ayuda a la modificación positiva de un sistema
y cumplir con el objetivo principal de su creación, si el funcionamiento de esta herramienta
fijó las bases para crear algo como es la cibernética, hace pensar que puede beneficiar
mucho a la ingeniería y a su vez de forma indirecta incluso, cooperar con otras disciplinas
Además de con este sistema de retroalimentación nos ayuda a corregir errores que quizá
durante el control no se pudieron observar, la realimentación no solo se utiliza en control,
sino que, también se desempeña en otros campos y no solo de ingeniería en general el
uso de la realimentación se encuentra en varias áreas de conocimiento que pueden
aprovechar las capacidades de la realimentación.
Otro punto importante son las aplicaciones que hay para la ingeniería, debido a esto es
importante que se conozca para poder aplicar las características de la realimentación en
la ingeniería
BIBLIOGRAFÍA
Ogata, K. Ingeniería de Control Moderna. México. Prentice Hall Hispanoamericana. 1999. https://www.exabyteinformatica.com/uoc/Electronica/Tecnologia_electronica_ES/Tecnologia_electronica_ES_(Modulo_2).pdf http://www.uhu.es/dario.garcia/teoconrea.pdf
https://es.wikipedia.org/wiki/Realimentaci%C3%B3n#Tipos_de_realimentaci.C3.B3n
http://www.uhu.es/dario.garcia/teoconrea.pdf
http://www.esi2.us.es/~alamo/Archivos/Capitulo_1.pdf
https://es.wikipedia.org/wiki/Realimentaci%C3%B3n
http://ocw.upm.es/ingenieria-de-sistemas-y-automatica/control-en-el-espacio-de-
estado/Contenidos/Material-de-clase/5_control_realimentacion_estado.pdf